高三一輪化學(xué)總復(fù)習(xí)-第3節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 講練【系列四】

2017年高考“最后三十天”專題透析2017年高考“最后三十天”專題透析好教育云平臺——教育因你我而變好教育云平臺——教育因你我而變晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(45分鐘100分)非選擇題(本題包括7小題,共100分)1.(16分)金屬鈦(22Ti)號稱航空材料?；卮鹣铝袉栴}: (1)鈦元素基態(tài)原子未成對電子數(shù)為__________個,能量最高的電子占據(jù)的能級符號為______________,

該能級所在能層具有的原子軌道數(shù)為____________。

(2)[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化學(xué)鍵有_______________________。

a.σ鍵 b.π鍵c.離子鍵 d.配位鍵(3)納米TiO2是一種應(yīng)用廣泛的催化劑,納米TiO2催化的一個實例如圖所示?；衔锛椎姆肿又胁扇p2雜化方式的碳原子個數(shù)為__________,化合物乙中采取sp3雜化的原子的第一電離能由小到大的順序為__________。

(4)工業(yè)上制金屬鈦采用金屬還原四氯化鈦。先將TiO2(或天然的金紅石)和足量炭粉混合加熱至1000～1100K,進行氯化處理,生成TiCl4。寫出生成TiCl4的化學(xué)反應(yīng)方程式:________________________________。

(5)有一種氮化鈦晶體的晶胞如圖所示,該晶體的化學(xué)式為__________,該晶體中與鈦原子距離最近且相等的氮原子的個數(shù)為__________。已知晶體的密度為ρg·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則晶胞邊長為__________cm(用含ρ、NA的式子表示)。

【解析】(1)鈦元素價電子排布式為3d24s2,基態(tài)原子價電子排布圖為,可見鈦元素基態(tài)原子未成對電子數(shù)為2個,能量最高的電子占據(jù)的能級符號為3d,該能級所在能層為M能層,有3s、3p、3d,分別含有原子軌道數(shù)目為1、3、5,具有的原子軌道數(shù)為9。(2)OH-和H2O中H和O都是以σ鍵結(jié)合在一起,Ti4+提供空軌道,H2O和OH-提供孤電子對,形成配位鍵,即[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化學(xué)鍵只有σ鍵和配位鍵。(3)采取sp2雜化的碳原子價層電子對數(shù)是3,該分子中碳原子價層電子對數(shù)為3的有:苯環(huán)上的碳原子、連接羰基的碳原子,所以一共有7個;采取sp3雜化的原子價層電子對數(shù)是4,價層電子對個數(shù)是4的原子有:連接甲基和羥基的碳原子、氧原子和氮原子,同一周期元素中,元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢,但第ⅤA族元素大于相鄰元素,所以這三種元素第一電離能從小到大順序是C<O<N。(4)TiO2和足量炭粉混合加熱至1000～1100K,生成TiCl4的化學(xué)反應(yīng)方程式為TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO;(5)觀察晶胞N位于立方體的頂點和面心位置,N數(shù)=8×18+6×12=4;Ti位于晶胞內(nèi),有4個,化學(xué)式可寫為TiN;由晶胞圖可知與Ti相連的N有四個,組成正四面體;晶胞質(zhì)量為4×48+14NAg,晶體的密度為ρg·cm-3,則晶胞邊長為答案:(1)23d9(2)ad(3)7C<O<N(4)TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO(5)TiN432.鉀和碘的相關(guān)化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}: (1)元素K的焰色反應(yīng)呈紫紅色,其中紫色對應(yīng)的輻射波長為________nm(填標(biāo)號)。

A.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5(2)基態(tài)K原子中,核外電子占據(jù)最高能層的符號是________,占據(jù)該能層電子的電子云輪廓圖形狀為________。K和Cr屬于同一周期,且核外最外層電子構(gòu)型相同,但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低,原因是____________________。

(3)X射線衍射測定等發(fā)現(xiàn),I3AsF6中存在I3+離子。I3+離子的幾何構(gòu)型為________(4)KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學(xué)材料,具有鈣鈦礦型的立方結(jié)構(gòu),邊長為a=0.446nm,晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置,如圖所示。K與O間的最短距離為________nm,與K緊鄰的O個數(shù)為________。

(5)在KIO3晶胞結(jié)構(gòu)的另一種表示中,I處于各頂角位置,則K處于________位置,O處于________位置。

【解析】(1)紫色光波長范圍大約在380nm到440nm之間,故選A。(2)基態(tài)K原子中,最外層電子排布為4s1,核外電子占據(jù)的最高能層為第四層,符號是N,占據(jù)該能層電子的電子云輪廓圖形狀為球形。K和Cr都屬于金屬晶體,Cr的價電子數(shù)多,半徑小,金屬鍵強,所以K的熔點、沸點等都比金屬Cr低。(3)根據(jù)計算公式,I3[I—QUOTEI····—I]+,中心碘原子形成了兩個σ鍵,有兩對孤電子對,因此雜化方式為sp3,構(gòu)型為V形。(4)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu),位于頂角的K和位于相鄰面心的O之間的距離最短,且剛好等于晶胞面對角線長度的一半,因此最短距離=2a/2≈1.414×0.446/2≈0.315(nm)。求與K緊鄰的O個數(shù),即求頂角周圍面心的個數(shù),其實也就是面心立方密堆積的配位數(shù)為12。(5)若將體心的位置設(shè)定為頂角,原本頂角的位置變成了體心,面心的位置變成了棱心。因此K位于體心位置,O位于棱心位置。答案:(1)A(2)N球形K原子半徑較大且價電子數(shù)較少,金屬鍵較弱(3)V形sp3(4)0.31512(5)體心棱心3.(12分)地球表面十公里厚的地層中,含鈦元素達千分之六,比銅多61倍,金屬鈦(Ti)被譽為21世紀(jì)金屬,其單質(zhì)和化合物具有廣泛的應(yīng)用價值。氮化鈦(Ti3N4)為金黃色晶體,由于具有令人滿意的仿金效果,越來越多地成為黃金的代替品。以TiCl4為原料,經(jīng)過一系列反應(yīng)可以制得Ti3N4和納米TiO2(如下圖)。圖中的M是短周期金屬元素,M的部分電離能如下表:I1I2I3I4I5電離能/(kJ·mol-1)738145177331054013630請回答下列問題: (1)TiO2為離子晶體,已知晶體中陽離子的配位數(shù)為6,陰離子的配位數(shù)為3,則陽離子的電子排布式為__________。

(2)金屬Ti與金屬M的晶體原子堆積模型相同,其堆積模型為__________(填寫堆積模型名稱),晶體中原子在二維平面里的配位數(shù)為______________。

(3)室溫下TiCl4為無色液體,沸點為136.4℃,由此可知其晶體類型為__________,構(gòu)成該晶體的粒子的空間構(gòu)型為__________。

(4)有一種氮化鈦晶體的晶胞與NaCl晶胞相似,如圖所示,已知該氮化鈦的密度為ρg·cm-3,則該晶胞中N、Ti之間的最近距離為__________pm(NA為阿伏加德常數(shù)的數(shù)值,只列算式)。該晶體中與鈦原子距離相等且最近的鈦原子有__________個。

(5)科學(xué)家通過X射線探明KCl、MgO、CaO、TiN的晶體與NaCl的晶體結(jié)構(gòu)相似。且知三種離子晶體的晶格能數(shù)據(jù)如下:離子晶體NaClKClCaO晶格能/(kJ·mol-1)7867153401KCl、CaO、TiN三種離子晶體硬度由低到高的順序為__________。

【解析】(1)Ti是陽離子,Ti是22號元素,因此Ti4+的電子排布式為1s22s22p63s23p6。(2)根據(jù)金屬M的電離能,在第二電離能到第三電離能發(fā)生突變,說明最外層有2個電子,M是短周期金屬元素,根據(jù)部分電離能,推出是Mg,金屬Ti與Mg的晶體原子堆積模型相同,因此堆積模型為六方最密堆積,二維平面里的配位數(shù)為6。(3)TiCl4為無色液體,且沸點較低,符合分子晶體的特點,因此TiCl4屬于分子晶體,空間構(gòu)型為正四面體。(4)根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu),最近N和Ti的位置是棱長的一半,設(shè)棱長為apm,晶胞中Ti位于棱上和體心,個數(shù)為12×14+1=4,N位于面心和頂點,個數(shù)為8×18+6×12=4,化學(xué)式為TiN,晶胞的質(zhì)量為4×62NAg,根據(jù)密度的定義求Ti和N的最近距離是1234×62ρNA×1010,根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu),距離Ti最近的Ti上面有四個,同一平面的有4個,下面有答案:(1)1s22s22p63s23p6(2)六方最密堆積6(3)分子晶體正四面體(4)1234(5)KCl<CaO<TiN4.(10分)已知:A、B、C、D、E、F、G七種元素的核電荷數(shù)依次增大,屬于元素周期表中前四周期的元素。其中A原子在基態(tài)時p軌道半充滿且電負性是同族元素中最大的;D、E原子核外的M層中均有兩個未成對電子;G原子核外最外層電子數(shù)與B相同,其余各層均充滿。B、E兩元素組成化合物B2E的晶體為離子晶體。C、F的原子均有三個能層,C原子的第一至第四電離能(kJ·mol-1)分別為578、1817、2745、11575;C與F能形成原子數(shù)目比為1∶3、熔點為190℃的化合物Q。(1)B的單質(zhì)晶體為體心立方堆積模型,其配位數(shù)為__________;E元素的最高價氧化物分子的立體構(gòu)型是______________。F元素原子的核外電子排布式是______________,G的高價離子與A的簡單氫化物形成的配離子的化學(xué)式為______________。

(2)試比較B、D分別與F形成的化合物的熔點高低并說明理由__________。

(3)A、G形成某種化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。若阿伏加德羅常數(shù)為NA,該化合物晶體的密度為ag·cm-3,其晶胞的邊長為__________cm。

(4)在1.01×105Pa、t1℃時,氣體摩爾體積為53.4L·mol-1,實驗測得Q的氣態(tài)密度為5.00g·L-1,則此時Q的組成為(寫化學(xué)式)__________。

【解析】A、B、C、D、E、F、G七種元素的核電荷數(shù)依次增大,屬于元素周期表中前四周期的元素。其中A原子在基態(tài)時p軌道半充滿且電負性是同族元素中最大的,因此A是N。D、E原子核外的M層中均有兩個未成對電子,則D的M層為3s23p2,是Si。E的M層為3s23p4,是S。B、E兩元素組成化合物B2E的晶體為離子晶體,所以B為ⅠA族的金屬,B應(yīng)該是鈉元素。G原子核外最外層電子數(shù)與B相同,其余各層均充滿,且G的原子序數(shù)最大,因此G是銅。C、F的原子均有三個能層,因此C、F在第3周期。C的逐級電離能前三個數(shù)據(jù)接近,第四電離能突變,所以易失去三個電子,為第ⅢA族元素,C是鋁。C與F能形成原子數(shù)目比為1∶3、熔點為190℃的化合物Q,說明F為-1價,即F為氯元素。(1)金屬鈉的單質(zhì)晶體為體心立方堆積模型,其配位數(shù)為8;E元素的最高價氧化物分子是三氧化硫,其中心原子硫原子含有的孤電子對數(shù)=(6-3×2)÷2=0,所以三氧化硫分子的立體構(gòu)型是平面三角形。根據(jù)構(gòu)造原理可知,氯元素原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p5;G的高價離子Cu2+與A的簡單氫化物NH3形成的配離子的化學(xué)式為[Cu(NH3)4]2+。(2)B、D與F形成的化合物分別是氯化鈉和四氯化硅。因為NaCl是離子晶體,SiCl4是分子晶體,所以NaCl的熔點高于SiCl4。(3)根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知,氮原子在頂點,含有的個數(shù)=8×18=1。銅在棱邊,含有的個數(shù)=12×14=3,即化學(xué)式為Cu3N。設(shè)邊長為xcm,則x3·ρM×N(4)根據(jù)M=ρ×Vm=5.00g·L-1×53.4L·mol-1=267,是AlCl3相對分子質(zhì)量的267÷133.5=2倍,所以其化學(xué)式為Al2Cl6。答案:(1)8平面三角形1s22s22p63s23p5[Cu(NH3)4]2+(2)NaCl的熔點高于SiCl4,因為NaCl是離子晶體,SiCl4是分子晶體(3)3206aNA5.(14分)磁性材料氮化鐵鎳合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨氣、氮氣、氫氧化鈉、鹽酸等物質(zhì)在一定條件下反應(yīng)制得。(1)Fe3+的電子排布式是________________。

(2)NO3-和NH3中氮原子的雜化方式為(3)NH3的沸點高于PH3,其主要原因是

____________。

(4)與N3-具有相同電子數(shù)的三原子分子的立體構(gòu)型是________。

(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,剛開始時生成綠色Ni(OH)2沉淀,當(dāng)氨水過量時,沉淀會溶解,生成[Ni(NH3)6]2+藍色溶液,則1mol[Ni(NH3)6]2+含有的σ鍵為________mol。

(6)圖1是丁二酮肟與鎳形成的配合物,則分子內(nèi)含有的作用力有________(填序號)。

A.氫鍵B.離子鍵C.共價鍵D.金屬鍵E.配位鍵組成該配合物分子且同屬第2周期元素的電負性由大到小的順序是______________。

(7)鐵元素對應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時,采用如圖2所示的堆積方式。則這種堆積模型的配位數(shù)為________,如果Fe的原子半徑為acm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則計算此單質(zhì)的密度表達式為________g·cm-3(不必化簡)。

【解析】(1)Fe為26號元素,則Fe3+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。(2)NO3-為平面三角形,氮原子為sp2雜化;NH3為三角錐形,氮原子為sp(4)N3-電子數(shù)為10,與N3-具有相同電子數(shù)的三原子分子為H2O,分子的立體構(gòu)型為V形。(5)在[Ni(NH3)6]2+中,每個氮原子與3個氫原子形成σ鍵,同時還與鎳原子形成配位鍵,也是σ鍵,因此1mol[Ni(NH3)6]2+含有的σ鍵為4mol×6=24mol。(6)根據(jù)圖可知碳碳間、碳氮間為共價鍵,氮鎳間為配位鍵,氧氫間為氫鍵;同一周期中,電負性隨著原子序數(shù)的增大而增大,該物質(zhì)中含有的第2周期非金屬元素有O、N、C,其電負性強弱順序為O>N>C。(7)鐵元素對應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時,采用如圖2所示的堆積方式,則這種堆積模型為體心立方堆積,即在立方體的中心有一個鐵原子,與這個鐵原子距離最近的原子位于立方體的8個頂點,所以鐵的配位數(shù)為8,每個立方體中含有的鐵原子數(shù)為8×18+1=2,如果Fe的原子半徑為acm,則立方體的邊長為4a3cm,對應(yīng)的體積為(4a3cm)3,阿伏加德羅常數(shù)的值為N答案:(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5(2)sp2、sp3(3)NH3分子間存在氫鍵(4)V形(5)24(6)A、C、EO>N>C(7)8566.(18分)有A、B、C、D、E五種原子序數(shù)增大的元素,只有一種為金屬。A、B、C均為第二周期緊鄰元素,其第一電離能順序為B>C>A;B與D同主族;E為第4周期副族元素,其價層電子為全滿。(1)E元素的名稱為________________,該元素基態(tài)原子的價電子排布式為__________。

(2)B與D分別與氫形成最簡單氫化物沸點高低順序為__________(用化學(xué)式表示);原因__________________。

(3)A、B、C三種元素分別與氫形成化合物中的M—M(M代表A、B、C)單鍵的鍵能如下表:氫化物HxA—AHxHmB—BHmHaC—CHa鍵能(kJ·mol-1)346247207上述三種氫化物中,A、B、C元素原子的雜化方式有______種;請解釋上表中三種氫化物M—M單鍵的鍵能依次下降的原因________。

(4)D與氯形成的化合物DCl5,加壓條件下148℃液化,發(fā)生完全電離得到一種能夠?qū)щ姷娜垠w,測定D—Cl鍵長為198pm和206pm兩種,該熔體中含有一種正四面體結(jié)構(gòu)的陽離子,請寫出該條件下DCl5電離的電離方程式____________________________;該熔體中陰離子的空間構(gòu)型為__________。

(5)E與C形成的化合物晶體結(jié)構(gòu)有四種,其中一種與金剛石類似,金剛石晶體結(jié)構(gòu)如圖所示,該晶體的化學(xué)式為__________(用元素符號表示);該晶胞的棱長為apm則該晶體的密度為__________g·cm-3。

【解析】E為第4周期副族元素,且價層電子為全滿,因此推出E為Zn,五種元素只有一種元素是金屬,E為鋅,則A、B、C、D為非金屬,B和D屬于同主族,則D為第3周期,A、B、C為第2周期,第一電離能規(guī)律從左向右呈增大趨勢,但ⅡA族大于ⅢA族,ⅤA族大于ⅥA族,三種元素的第一電離能順序是B>C>A,三種元素原子序數(shù)增大,因此推出:A為C,B為N,C為O,D為P,(1)根據(jù)上述分析,E為鋅,鋅元素位于副族,鋅原子的價電子包括最外層和次外層d能級,即3d104s2;(2)氫化物分別是NH3、PH3,兩種氫化物都屬于分子晶體,NH3中存在分子間氫鍵,PH3無分子間氫鍵,因此沸點:NH3>PH3;(3)根據(jù)表格可知,氫化物分別是CH3—CH3、H2N—NH2、HO—OH,乙烷中C有4個σ鍵,無孤電子對,雜化類型為sp3,肼中N有3個σ鍵,1個孤電子對,雜化類型為sp3,H2O2中O有2個σ鍵,2個孤電子對,雜化類型為sp3,三者只有一種雜化類型,乙烷中的碳原子沒有孤電子對,肼中的氮原子有1對孤電子對,過氧化氫中的氧原子有兩對孤電子對,孤電子對數(shù)越多斥力越大,形成的化學(xué)鍵越不穩(wěn)定,鍵能越小;(4)陽離子的立體構(gòu)型為正四面體,說明P有4個σ鍵,無孤電子對,陽離子為PCl4+,因此PCl5電離方程式為2PCl5PCl4++PCl6-,PCl6-中P有6個σ鍵,孤電子對數(shù)為(5+1-6)2=0,價層電子對數(shù)為5+6×1+12=6,空間構(gòu)型為正八面體;(5)鋅原子位于頂點和面心,屬于晶胞的個數(shù)為8×18+6×12=4,氧原子位于晶胞內(nèi),共有4個,即此化合物為ZnO,晶胞的質(zhì)量為4×答案:(1)鋅3d104s2(2)NH3>PH3均為分子晶體,NH3分子間存在氫鍵(3)1乙烷中的碳原子沒有孤電子對,肼中的氮原子有1對孤電子對,過氧化氫中的氧原子有兩對孤電子對,孤電子對數(shù)越多斥力越大,形成的化學(xué)鍵越不穩(wěn)定,鍵能越小(4)2PCl5PCl6-+PC1(5)ZnO324【加固訓(xùn)練】前四周期原子序數(shù)依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的價電子層中未成對電子均只有1個,并且A-和B+的電子數(shù)相差為8;與B位于同一周期的C和D,它們價電子層中的未成對電子數(shù)分別為4和2,且原子序數(shù)相差為2。回答下列問題:(1)D2+的價層電子排布圖為____________。

(2)四種元素中第一電離能最小的是________,電負性最大的是________(填元素符號)。

(3)A、B和D三種元素組成的一個化合物的晶胞如圖所示。①該化合物的化學(xué)式為____________;D的配位數(shù)為____________;

②列式計算該晶體的密度________g·cm-3。

(4)A-、B+和C3+三種離子組成的化合物B3CA6,其中化學(xué)鍵的類型有________;該化合物中存在一個復(fù)雜離子,該離子的化學(xué)式為__________________,配位體是________。

【解析】(1)本題考查電子排布圖的書寫,A和B的價電子層中未成對電子均只有1個電子,A和B位于第ⅠA族,或第ⅢA族元素或ⅦA族元素,A-和B+的電子數(shù)相差為8,推出A為F,B為K,與B位于同一周期的C和D,它們價電子層中的未成對電子數(shù)分別為4和2,且原子序數(shù)相差為2,則C為Fe,D為Ni,D2+為Ni2+,其價層電子排布圖為;(2)第一電離能越小,說明越容易失去電子,即金屬性強,第一電離能最小的是K,電負性最大,說明非金屬性最強,即F的電負性最強;(3)考查晶胞、配位鍵等,①根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu),F位于棱上、晶胞內(nèi)部和面上,因此F的個數(shù)為16×14+4×12+2=8,K位于棱上和內(nèi)部,個數(shù)為8×14+2=4,Ni位于頂點和內(nèi)部,個數(shù)為8×18+1=2,因此化學(xué)式為K2②晶胞的質(zhì)量為1×(39×4+59×2+19×8)/NAg,晶胞的體積為400×400×1308×10-30cm3,因此晶胞的密度為39×4+59×2+19×86.02×1023×4002答案:(1)(2)KF(3)①K2NiF46②39×(4)離子鍵、配位鍵[FeF6]3-F-7.(15分)(能力挑戰(zhàn)題)我們利用物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對周期表進行研究,有助于我們更好地掌握同類知識。(1)基態(tài)砷原子中,價電子占用__________個原子軌道;雌黃分子式為As2S3,分子結(jié)構(gòu)如圖,則砷原子的雜化方式為__________。

(2)N2與CO互為等電子體,則1molCO分子中含有的π鍵數(shù)目是__________個。

(3)向CuSO4溶液中加入少量氨水生成藍色沉淀,繼續(xù)加入過量氨水沉淀溶解,得到深藍色透明溶液,最后向該溶液中加入一定量乙醇,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體;該晶體所含的非金屬元素中,N、O、S第一電離能由大到小的順序是__________(填元素符號),SO42-的空間構(gòu)型為__________,晶體中含有的化學(xué)鍵有加入乙醇后析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體的原因是

__________________。

(4)常溫下PCl5是一種白色晶體,其立方晶系晶體結(jié)構(gòu)模型如下左圖所示,由A、B兩種微粒構(gòu)成。將其加熱至148℃熔化,形成一種能導(dǎo)電的熔體。已知A微粒與CCl4具有相同的空間構(gòu)型和相似的化學(xué)鍵特征,則A為__________,B為__________。

(5)磷化硼(BP)是一種超硬耐磨涂層材料,上右圖為其立方晶胞。已知晶體中最近的硼